SiC颗粒增强铝基复合材料熔化焊焊缝原位增强实芯焊丝

摘要

SiC颗粒增强铝基复合材料熔化焊焊缝原位增强实芯焊丝，它涉及一种SiC颗粒增强铝基复合材料熔化焊用实芯焊丝。本发明解决了现有焊丝焊接颗粒增强铝基复合材料得到焊缝的强度只能达到母材的40％左右的问题。SiC颗粒增强铝基复合材料熔化焊焊缝原位增强实芯焊丝按质量百分比由4％～8％的SiC、5％～10％的Si、1.0％～1.8％的Ti、0.1～0.3％的Sc、0.05～0.15％Y、0.1％～0.3％的B、0.3～0.8％的Mg和余量的Al组成。本发明焊丝具有焊缝外观成形良好、拉伸强度增大及应用范围广的优点；其可用来作为TIG、MIG、等离子弧焊、电子束焊及激光焊的填料。本发明焊丝焊接颗粒增强铝基复合材料得到焊缝的强度高达母材的70％。

说明书

技术领域

本发明涉及一种SiC颗粒增强铝基复合材料熔化焊用实芯焊丝。

背景技术

铝基复合材料，特别是颗粒增强铝基复合材料，除具有普通金属基复合材料优良性能外，还具有密度低，比刚度高，比强度高，耐腐蚀性好，制造工艺与设备相对简单，成本相对较低，可进行大规模批量生产等特点，在金属基复合材料开发和研究工作中占有重要地位。

惰性气体保护电弧焊具有应用范围广、成本低、施焊灵活等优点，故成为铝基复合材料复杂形状构件焊接的首选方法。

惰性气体保护焊最常用的是非熔化极气体保护焊(TIG焊)与熔化极气体保护焊(MIG焊)，当采取惰性气体保护电弧焊焊接铝基复合材料时，会遇到焊缝外观成形差，内部存在大量气孔、疏松等宏观缺陷以及界面反应产物针状Al₄C₃等问题，为了提高氩弧焊的焊接质量，当前国内外的焊接工作者在焊接过程中基本上采取如下三个措施：

1、降低熔池的热输入，不仅有利于抑制界面反应，而且还可减少焊缝中的各种宏观缺陷。

2、对由粉末冶金法制成的SiCp/Al铝基复合材料焊前进行真空去氢处理，可明显减少焊缝中气孔、裂纹等缺陷。

3、使用Al-Si焊丝进行焊接，Si的加入有利于抑制Al₄C₃的产生，并增强熔池的流动性。

但是，尽管采取以上优化措施焊接，仍没有解决焊缝的强度问题。目前，采用铝硅焊丝或铝合金基体材料焊丝对颗粒增强铝基复合材料进行焊接，焊缝强度只能达到母材的40％左右。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有焊丝焊接颗粒增强铝基复合材料得到焊缝的强度只能达到母材的40％左右的问题；而提供了一种SiC颗粒增强铝基复合材料熔化焊焊缝原位增强实芯焊丝。

本发明的SiC颗粒增强铝基复合材料熔化焊焊缝原位增强实芯焊丝按质量百分比由4％～8％的SiC、5％～10％的Si、1.0％～1.8％的Ti、0.1％～0.3％的Sc、0.05％～0.15％的Y、0.1％～0.3％的B、0.3％～0.8％的Mg和余量的Al组成。

采用本发明焊丝得到的焊缝中出现了大量的增强相，这些增强相均匀弥散于焊缝中，从而提高了焊缝强度。本发明焊丝具有焊缝成形良好、拉伸强度增大及应用范围广的优点；其可用来作为TIG、MIG、等离子弧焊、电子束焊及激光焊的填料。本发明焊丝焊接SiC颗粒增强铝基复合材料使得焊缝强度达到母材的70％以上。

附图说明

图1是SiCp/Al铝基复合材料微观组织图；图2是填加5356焊丝MIG焊焊缝中部微观组织图；图3是填加4043焊丝MIG焊焊缝与母材过渡区微观组织图；图4是填加具体实施方式十一所述焊丝TIG焊焊缝顶部微观组织图；图5是填加具体实施方式十一所述焊丝TIG焊焊缝底部微观组织图。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式SiC颗粒增强铝基复合材料熔化焊焊缝原位增强实芯焊丝按质量百分比由4％～8％的SiC、5％～10％的Si、1.0％～1.8％的Ti、0.1％～0.3％的Sc、0.05％～0.15％的Y、0.1％～0.3％的B、0.3％～0.8％的Mg和余量的Al组成。

本实施方式所述焊丝可用来作为TIG、MIG、等离子弧焊、电子束焊及激光焊的填料。本实施方式所述焊丝得到焊缝的强度可达到母材70％以上。

本实施方式所述的焊丝可采取以下方法制备，如热压拉拔法或熔炼连铸拉拔法：所述热压拉拔法是采用类似于粉末冶金的方式将所需的原料以固体颗粒形式混合先压制为预制块，然后在焊丝制备机上在一定温度条件下进行挤压及拉拔最后制成焊丝。所述熔炼连铸拉拔方法：Ti、B、Si、Sc、Y等元素以中间合金的方式加入，考虑到烧损，加入量略高于设计成分；Mg以纯镁块的方式加入，考虑烧损，加入量略高于设计成分；SiC颗粒以固体颗粒的形式加入，并且在加入前要对SiC颗粒进行表面处理(在真空状态650℃下烘焙3小时，或者先镀镍磷然后在250℃烘焙3小时)，同样也要考虑烧损，SiC颗粒的加入量略高于设计成分2.5％，熔炼、连铸并在焊丝制备机上分级拉拔最后制成焊丝。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：SiC颗粒增强铝基复合材料熔化焊焊缝原位增强实芯焊丝按质量百分比由5％～7％的SiC、6％～8％的Si、1.2％～1.6％的Ti、0.1％～0.3％的Sc、0.05％～0.15％的Y、0.12％～0.25％的B、0.3％～0.8％的Mg和余量的Al组成。

本实施方式所述焊丝得到焊缝强度可达到母材70.4％以上；所述焊丝可采用具体实施方式一记载的方法来制备。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：SiC颗粒增强铝基复合材料熔化焊焊缝原位增强实芯焊丝按质量百分比由5.5％～6.5％的SiC、5.5％～7％的Si、1.1％～1.5％的Ti、0.1～0.3％的Sc、0.05～0.15％的Y、0.15％～0.2％的B、0.3％～0.8％的Mg和余量的Al组成。

本实施方式所述焊丝得到焊缝强度可达到母材70.6％以上；所述焊丝可采用具体实施方式一记载的方法来制备。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：SiC颗粒增强铝基复合材料熔化焊焊缝原位增强实芯焊丝按质量百分比由6％～7.5％的SiC、6％～9.5％的Si、1.5％～1.75％的Ti、0.1％～0.3％的Sc、0.05％～0.15％的Y、0.2％～0.25％的B、0.3％～0.8％的Mg和余量的Al组成。

本实施方式所述焊丝得到焊缝强度可达到母材70.3％以上；所述焊丝可采用具体实施方式一记载的方法来制备。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是：SiC颗粒增强铝基复合材料熔化焊焊缝原位增强实芯焊丝按质量百分比由4.5％～6％的SiC、5.5％～8.5％的Si、1.4％～1.65％的Ti、0.1％～0.3％的Sc、0.05％～0.15％的Y、0.14％～0.28％的B、0.3％～0.8％的Mg和余量的Al组成。

本实施方式所述焊丝得到焊缝强度可达到母材71.3％以上；所述焊丝可采用具体实施方式一记载的方法来制备。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是：SiC颗粒增强铝基复合材料熔化焊焊缝原位增强实芯焊丝按质量百分比由6％的SiC、8.0％的Si、1.5％的Ti、0.1％～0.3％的Sc、0.15％的B、0.05％～0.15％的Y、0.3％～0.8％的Mg和余量的Al组成。

本实施方式所述焊丝得到焊缝强度可达到母材70.5％以上；所述焊丝可采用具体实施方式一记载的方法来制备。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同的是：SiC颗粒增强铝基复合材料熔化焊焊缝原位增强实芯焊丝按质量百分比由6.5％的SiC、7.5％的Si、1.2％的Ti、0.1％～0.3％的Sc、0.05％～0.15％的Y、0.15％的B、0.3％～0.8％的Mg和余量的Al组成。

本实施方式所述焊丝得到焊缝强度可达到母材71.6％以上；所述焊丝可采用具体实施方式一记载的方法来制备。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一不同的是：SiC颗粒增强铝基复合材料熔化焊焊缝原位增强实芯焊丝按质量百分比由6.8％的SiC、7.2％的Si、1.6％的Ti、0.1％～0.3％的Sc、0.05％～0.15％的Y、0.15％的B、0.3～0.8％的Mg和余量的Al组成。

本实施方式所述焊丝得到焊缝强度可达到母材71.2％以上；所述焊丝可采用具体实施方式一记载的方法来制备。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一不同的是：SiC颗粒增强铝基复合材料熔化焊焊缝原位增强实芯焊丝按质量百分比由6.2％的SiC、7.0％的Si、1.5％的Ti、0.1％～0.3％的Sc、0.05％～0.15％的Y、0.18％的B、0.3％～0.8％的Mg和余量的Al组成。

本实施方式所述焊丝得到焊缝强度可达到母材72.8％以上；所述焊丝可采用具体实施方式一记载的方法来制备。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一不同的是：SiC颗粒增强铝基复合材料熔化焊焊缝原位增强实芯焊丝按质量百分比由6.5％的SiC、7.5％的Si、1.7％的Ti、0.1％～0.3％的Sc、0.05％～0.15％的Y、0.20％的B、0.3％～0.8％的Mg和余量的Al组成。

本实施方式所述焊丝得到焊缝强度可达到母材73.5％以上；所述焊丝可采用具体实施方式一记载的方法来制备。

具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一不同的是：SiC颗粒增强铝基复合材料熔化焊焊缝原位增强实芯焊丝按质量百分比由6.5％的SiC、7.0％的Si、1.4％的Ti、0.1％～0.3％的Sc、0.05％～0.15％的Y、0.2％的B、0.3～0.8％的Mg和余量的Al组成。

本实施方式所述焊丝可采用具体实施方式一记载的方法来制备。

以MIG焊和TIG焊为例，用普通铝镁焊丝5356铝硅焊丝或4043焊丝及本实施方式所述焊丝来焊接2mm厚的SiCp/Al铝基复合材料，接头微观组织如图2～5所示。填加5356焊丝及4043焊丝MIG焊的焊接电流在70～95A，电压在13～18V，预留间隙3mm。填加本实施方式原位增强实芯焊丝TIG焊焊接电流在90～100A，电压在10～12V，焊接速度130～150mm/min，气体流量16L/min。对比图1～5，图2所示焊缝中有大量针状Al₄C₃；图3所示焊缝中缺乏增强相；图4焊缝所示出现大量增强相；图5所示焊缝中出现大量增强相，可以发现用原位增强实芯焊丝后，焊缝中出现了大量的增强相，这些增强相均匀弥散于焊缝中，从而提高了焊缝强度。在对焊缝强度测试中也发现，填加5356焊丝及4043焊丝MIG焊焊接接头强度只有SiCp/Al铝基复合材料强度的40％，而采用我们的原位增强实芯焊丝TIG焊焊缝强度却达到了SiCp/Al铝基复合材料强度的70％以上，本专利实验还表明，采用原位增强实芯焊丝的MIG焊无论是外观成形还是焊缝强度均优于TIG焊。因此可以看出原位增强实芯焊丝可以大幅度提升焊接接头的综合力学性能。

具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一至十一不同的是：所述焊丝直径当采用MIG焊时为1.0mm、1.2mm或1.6mm，采用TIG焊时为1.6mm、2.0mm、2.4mm、3.2mm、4.0mm、5.0mm。其它与具体实施方式与一至十一相同。

等离子弧焊、电子束焊及激光焊可根据接头形式、板厚、焊接规范大小来选择不同直径的焊丝。